Cell | 樊嘉/周虎/高大明团队合作报道HBV相关肝癌蛋白基因组最新研究

解读|景杰学术

肝癌在全球范围内癌症死因占据第四并呈现逐年递增的趋势，对人们的健康造成严重的威胁。肝细胞癌（Hepatocellular carcinoma, HCC）占肝癌总数的85%-90%，而慢性乙肝病毒（hepatitis B virus，HBV）感染是导致我国肝癌发生的最主要原因，约85%的肝细胞癌患者携带HBV感染标志。尽管已有针对肝癌的基因组相关研究工作，但并非所有癌症的DNA水平变异都具有明确的生物学意义，这些快速增长的组学数据并没有带来新的生物标记物和临床药物靶标的发现。

在今年初贺福初院士团队与樊嘉院士团队在Nature发表运用蛋白组学方法发现早期肝癌新药物靶点的研究（查看详细解读：喜见花开凤凰飞，中国人类蛋白质组计划发现肝癌精准治疗新靶点）扩展了人们对于肝癌领域研究的认识，但肝癌的发生发展是一个复杂的过程，受到多种内外环境因素的调控，尤其对于感染HBV的肝癌，系统性的相关研究目前报道还很少。

蛋白表达水平和信号通路的异常是肿瘤最常见的特征，然而针对肝癌的蛋白组和磷酸化修饰组学研究现在还很少。近些年来的研究表明，相比于仅通过基因组分析，蛋白组和修饰组包含了更多的基因无法识别的新信息，这一观察引出了蛋白基因组学的概念，综合多组学数据的分析能够更全面的认识肿瘤，也为肿瘤未来的精准治疗提供新的思路和方向。

2019年10月3日，复旦大学附属中山医院樊嘉院士、中国科学院上海药物研究所周虎研究员及中国科学院生物化学与细胞生物学研究所高大明研究员研究组合作在Cell上发表题为Integrated Proteogenomic Characterization of HBV-related Hepatocellular Carcinoma的论文，研究者对159例 CHCC-HBV和配对癌旁肝组织样本展开了基因组学、转录组学、蛋白质组学、磷酸化修饰组学等多个角度的研究并整合多组学数据分析扩展了人们对于HBV相关HCC的认识。该研究较为完整地揭示了肝癌肿瘤细胞的分子特性，全面解析了肝癌的发生和发展机制，为肝癌的精准分型、个体化治疗和预后判断提供了新的思路和重要指导意义。

Graphical Abstract

1. HBV相关HCC肿瘤的蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学研究

在基因组、转录组研究工作中，作者首先通过解析编码基因突变图谱揭示了159例感染HBV的中国HCC病人（CHCC-HBV）的高频突变基因并系统性的分析了这些基因突变与转录和蛋白水平的相关性。为了更全面的揭示CHCC-HBV在蛋白和磷酸化修饰水平的分子特征，研究者通过TMT标记的定量蛋白质组学对159例HCC肿瘤样本以及邻近癌旁组织进行研究，并对鉴定到的6494个蛋白和26418个磷酸位点进行后续的系统性分析。

 图1. 肝癌蛋白质组学实验

2. CHCC-HBV的蛋白质组分型及其临床相关性

通过对肿瘤组织和对照组织差异蛋白进行无监督聚类分析，可以将HBV相关HCC分为三个亚型，分别为代谢亚型（metabolism subgroup，S-Mb）、微环境失调亚型（microenvironment dysregulated subgroup，S-Me）和增殖亚型（proliferation subgroup，S-Pf）。三种亚型富集蛋白以及临床预后显著不同，代谢亚型富集肿瘤代谢相关蛋白如ACAT1, ADH1A, G6PC和PGM1等，预后最佳；增殖亚型肿瘤中与增殖相关的蛋白相对高表达，如PARP1, TOP2A, PCNA和 MKI-67，预后最差；微环境失调亚型肿瘤中免疫、炎症和基质相关蛋白如CD4, CD8A, S100A12, SPARC和ITGB3相对低表达，预后介于S-Mb和S-Pf之间。

值得注意的是，在蛋白分型和转录分型不一致的36例样本中，蛋白分型可以提供更好的预后（蛋白分型HR=2.194 vs mRNA分型 HR=1.065）。运用TNM分期对患者进行分型后，无论肿瘤分期如何，蛋白质组学仍与患者的预后密切相关。以上结果充分展示了蛋白质组学研究的优越性并有望为肝癌的分子分型、个性化精准治疗和临床预后判断提供重要的指导意义。

图2.  CHCC-HBV的蛋白质组分型及其临床相关性

3.CHCC-HBV的磷酸化蛋白质组分型及其临床相关性

进一步，研究者对肿瘤和对照组织差异表达的859个磷酸化蛋白进行聚类分析后同样能将HBV相关HCC分为三个亚型，并且与蛋白组学分型较为一致（concordance高达0.41）。同样，单变量和多变量分析显示三个磷酸化蛋白质组亚型的患者生存率显著不同，Subgroup1的生存最佳。

 图3. CHCC-HBV的磷酸化蛋白质组分型及其临床相关性

4.蛋白质组学预后生物标志物的鉴定和验证

随后，研究者通过监督分析方法（supervised analysis）鉴定了PYCR2（参与脯氨酸合成的关键酶）和ADH1A（参与肝脏的氧化还原-解毒代谢）这两个差异显著且具有代表性的预后蛋白。和对照组织相比，PYCR2在肿瘤组织中高表达并且与蛋白组分型具有相关性（预后最差的S-Pf亚型其表达最高）; ADH1A在肿瘤组织中低表达且与蛋白组分型也有相关性（预后最差的S-Pf亚型其表达最低）。进一步的患者生存分析表明，PYCR2表达越高，预后越差；ADH1A表达越低，预后越差。以上结果说明PYCR2和ADH1A具有潜在的临床预后指示应用价值。

图4. 蛋白质组学预后生物标志物的鉴定和验证

本篇研究是首次针对中国人群大队列HBV感染相关的HCC的蛋白基因组学研究，作者通过对159例肝癌组织和临近癌旁组织进行了系统性的基因组学、转录组学、蛋白质组学和磷酸化修饰组学的分析，较为完整地揭示了肝癌肿瘤细胞的分子特性。

值得一提的是，通过蛋白质组学和磷酸化修饰组学可以将CHCC-HBV分为三个亚型并且与预后显著相关，蛋白分型和mRNA分型相比可以提供更好的预后，这充分展示了蛋白质组学研究的优越性。后续工作进一步鉴定和验证了PYCR2和ADH1A这两个蛋白质组学预后生物标志物，揭示了其潜在的临床预后指示应用价值。综上，本篇研究扩展了人们对于HBV相关HCC的认识，较为完整地揭示了肝癌的分子特性和发生发展机制，为肝癌的精准分型、个体化治疗和预后判断提供了新的思路和重要指导意义。

参考文献：

Qiang Gao, et al., (2019) Integrated Proteogenomic Characterization of HBV Related Hepatocellular Carcinoma. Cell.

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